На главную страницу сайта
PROJECTNELT.RU
Проектирование
Монтаж и пусконаладка
Сборка щитов, эл.лаборатория
Сервисный центр
НЭЛТ-дистрибуция
НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Системы жизнеобеспечения
Системы пожарной безопасности
Системы безопасности
Информационные системы
Технологические системы
ТЕХНИЧЕСКАЯ
ИНФОРМАЦИЯ

Аналитические статьи




17 Января 2007

Куда ведет практика без знания теории? Аналитическая статья Эндрю Янга.

Занимаясь телевидением, в том числе и охранным телевидением, с 1976 года, я постоянно наблюдаю, как неуклонно снижается уровень технических знаний в этой сфере. Также мне регулярно приходится сталкиваться с неправильным пониманием и различными неправдами. Технологии охранного телевидения прошли долгий путь в своем развитии, но стали ли они лучше? Служат ли они нам сегодня с большей пользой? С переходом от полностью аналоговых систем к гибридным и полностью цифровым системам заблуждения только множатся. Зачастую представители компаний, связанных с индустрией CCTV, делают такие заявления, которые удивляют своей технической неточностью и безграмотностью. Многие ли из них на самом деле понимают, как достичь максимальной эффективности при записи с качеством S-VHS или способны полностью понять принципы работы такого решения многих наших проблем, как цифровой видеорегистратор. К сожалению, в большинстве случаев заказчик не имеет специальных знаний, чтобы критиковать технически слабые стороны предложенного ему проекта, и в своей оценке ему приходится основываться исключительно на цене или рекламно преувеличенных технических спецификациях.
 
Поскольку ежегодно во всем мире на системы видеонаблюдения тратятся значительные средства, мне хотелось бы предложить вашему вниманию некоторую информацию общего характера для того, чтобы:

1. Покупатели и конечные пользователи могли получить от своих систем максимум вместо низкой эффективности и некачественного видеоизображения.

2. Предупредить будущих покупателей о некоторых малоизвестных проблемах, которые могут негативно влиять на эффективность системы видеонаблюдения.

3. Поделиться подробной информацией, которая поможет развеять мифы и неправды вокруг качества изображения цифровых видеорегистраторов .

4. Предложить системный подход, который обеспечит выполнение всех требований и позволит избежать ненужных расходов и получить высокое качество за потраченные деньги.

Технологии цифровой записи и передачи видеоизображения по сети стремительно развиваются, но их понимание участниками рынка значительно осложнено маркетинговой пропагандой. Многие утверждения и характерные особенности, связанные с такими характеристиками, как разрешение, компрессия, размер файла, частота смены кадров и качество изображения, редко основаны на результатах того, что можно «измерить и повторить» либо в лаборатории, либо в полевых условиях. В моде сейчас ничего не значащие ярлыки, как, например, «DVD-качество». Запись информации на жесткий диск со скоростью, превышающей 5 Мбит/с — примерно такая пропускная способность требуется для получения качества и частоты смены кадров, которые мы ассоциируем с DVD. Очень немногие цифровые видеорегистраторы способны на это.
 
Независимо от используемого формата или стандарта, аналоговая это система или цифровая, чересстрочная или прогрессивная развертка, одной из основных характеристик системы видеонаблюдения, влияющих на общее качество изображения, является способность системы воспроизводить мелкие детали отображаемого объекта. Эта способность воспроизводить детали зависит от множества факторов, таких, как общая производительность спроектированной системы, индивидуальные особенности устройств, используемые методы и средства хранения информации, общая пропускная способность или полоса пропускания системы, частота оцифровки, использованные устройства получения изображения (телекамера и объектив), и наконец, но отнюдь не последнее по значимости — алгоритм компрессии. Все эти факторы имеют измеряемое и большое значение для способности всей системы в целом сохранять и отображать детали изображения исходных объектов. Национальный комитет по телевизионным стандартам (NTSC) разработал для широковещательной передачи спецификации цветного телевидения с ограниченной полосой пропускания, чтобы сохранить диапазон частот и для использования в любительских и развлекательных целях.
 
NTSC не ограничивает пропускную способность для студийного использования или применения в охранном телевидении и позволяет добиться горизонтального разрешения свыше 700 ТВ-линий (8.75 МГц) при формате кадра 4:3. В стандартах IEEE на технологии видеоизображения по поводу разрешения сказано следующее: «Разрешение: способность отображать детали изображения».
 
Видимые границы разрешения в любой видеосистеме можно легко выразить параметром, который называется «ТВ-линии». Обычно ТВ-линии используются для выражения значения горизонтального разрешения. Впрочем, таким же образом можно измерить и вертикальное разрешение. Границы вертикального и горизонтального разрешения в цепочке устройств, включающих в себя и монитор, системы видеонаблюдения определяются с помощью точки, в которой сходятся линии клина испытательной таблицы и где они не различаются как отдельные объекты.

Рисунок 1 - Отсканированное изображение испытательной таблицы

На рис. 2 показана центральная часть испытательной таблицы для измерения разрешения. Методы измерения разрешения детально описаны в стандарте IEEE 208-1995. Стандарт описывает точный способ определения разрешения, позволяющий «измерить и повторить» параметр, который все более и более часто понимается неправильно, но от этого не менее важный. Если правильно понимать, на чем основана такая методика измерения, то ее можно применять и к цифровым, и к аналоговым системам видеонаблюдения. При отсутствии формального образования американские специалисты компьютерной индустрии, а также производители цифровых видеорегистраторов начали называть горизонтальным и вертикальным разрешением количество пикселов по горизонтали и вертикали. Это не только заблуждение, но и в корне неверно. Несколько лет назад для одной из заявок на коммерческое предложение мне пришлось внимательно изучать цифровые видеорегистраторы. Я позвонил в одну известную компанию, которая занимается их производством, чтобы узнать, каково разрешение у их цифровых видеорегистраторов. Меня соединили с программистом из отдела разработки. Я поинтересовался у него, проводили ли они какие-либо тесты для определения разрешения их цифровых видеорегистраторов, на что он мне с гордостью заявил, что разрешение составляет ни много ни мало 352x288 пикселов. Когда я понял, что он, очевидно, имеет в виду размеры кадра, то мне пришлось уточнить, что я говорю о совершенно других вещах, то есть о деталях, которые можно разглядеть на кадрах архивной записи после компрессии.

Рисунок 2 – Центр испытательной таблицы

То, что я услышал затем, было уже просто невероятно: «А как мы можем измерить это?» Я был немного разочарован. К этому времени я уже понял, что у него не имеется даже элементарных представлений из области телевидения, поэтому я поинтересовался, не имеются ли у них специалисты из этой области. Ответ был прост и достаточно очевиден: «Нет». К сожалению, такого рода разговоры до сих пор имеют место при общении с некоторыми производителями цифровых видеорегистраторов.
 
Увы, качество изображения большинства цифровых видеорегистраторов, присутствующих на рынке в настоящее время, немногим лучше (а иногда даже хуже), чем у обычного VHS-видеомагнитофона. А при неправильном подключении такие видеорегистраторы — это лучший способ получить некачественное видеоизображение. Впрочем, еще хуже то, что в некоторых случаях покупатели на самом деле приобретают качественное оборудование, но из-за отсутствия знаний, понимания принципов телевидения, в том числе принципов работы системы видеонаблюдения, они могут реализовать только небольшую часть доступных им возможностей.
 
Кроме специалистов, в той или иной мере связанных с широковещательным телевидением, в CCTV очень мало людей, которые в полной мере понимают эту крайне важную проблему.
 
Одной из самых важных характеристик любой правильно установленной системы видеонаблюдения является качество и количество записанных кадров в секунду. Качественное изображение окажется бесполезным, если запись велась не в нужное время. И наоборот, большое количество записанных изображений не принесет пользы, если изображения размыты, затемнены или слишком малы. В вопросе качества изображения, которое обычно определяется горизонтальным разрешением (в свою очередь определяется общей полосой пропускания системы), большинство людей ориентируется исходя из технических спецификаций, заявленных производителем. Как правило, покупатели смотрят на технические характеристики телекамер и цифровых видеорегистраторов, а не на общую производительность и полосу пропускания всей системы.
 
Комбинация цветной телекамеры (горизонтальное разрешение 480 ТВ-линий) и качественного цифрового видеорегистратора (свыше 400 ТВ-линий при записи) оказывается бессмысленной, если цветная телекамера использует внешнюю синхронизацию от сети (режим Line Lock). А цифровой видеорегистратор не в состоянии корректно декодировать (отдельно яркость и цветность) входящий композитный видеосигнал. В некоторых случаях разрешение может снижаться в два раза. К сожалению, такая ситуация встречается слишком часто, и покупатели не знают, что они на самом деле приобрели. Еще больше меня беспокоит тот факт, что в сфере охранного телевидения многие так называемые консультанты и продавцы тоже не знают об этом. Цветные телекамеры с синхронизацией от сети не соответствуют по синхронизации требованиям SMPTE3 170М (бывш. RS170A). Стандарт SMPTE3 170М, изначально установленный EIA (Electronic Industry Association, Ассоциация электронной промышленности) как RS170A, описывает спецификации цветного телевидения формата NTSC, который используется в Канаде и некоторых других странах, в том числе США.
 
Таким образом, EIA установила стандарты, которые изначально использовались в цветном телевидении на территории Северной Америки, Японии и некоторых других странах.
 
Федеральная комиссия связи США (FCC) предписывает строго следовать этим стандартам для широковещательной передачи, для которой они фактически имеют силу закона. В других областях, и в том числе в CCTV, стандарты SMPTE не имеют силы закона. Впрочем, неукоснительное следование этим стандартам при разработке любой видеосистемы будет очень хорошим тоном. Если им не следовать, то может пострадать качество и целостность видеоизображения в системе видеонаблюдения. Многие проблемы возникают именно из-за несоблюдения стандартов и значительно ухудшают разрешение системы. Необходимо проектировать высококачественные системы с цветными телекамерами так, чтобы ослабить перекрестное искажение сигналов Яркости (Y) и Цветности (С), которое снижает разрешение.
 
Для цветных телекамер крайне важна правильная частота сигнала вертикальной синхронизации, для того чтобы поддерживать правильную синхронизацию и разделение сигналов Y и С и таким образом сохранить разрешение системы в процессе декодирования этих сигналов. Качественное аналоговое и цифровое оборудование должно использовать качественную гребенчатую фильтрацию сигналов Y и С, чтобы сохранить полосу пропускания системы. Следует отметить, что оборудование, которое использует простую режекторную фильтрацию, значительно ограничивает полосу сигнала в районе 3.58 МГц. Режекторная фильтрация с успехом понижает горизонтальное разрешение в районе 250-310 ТВ-линий.
 
На общую эффективность системы во многом влияет именно то, каким образом она спроектирована и настроена.
 
Цветная телекамера, которая синхронизирована с электросетью (частота вертикальной развертки синхронизирована с нулем переменного тока электросети), не соответствует стандарту SMPTE 170M (бывш. RS170A), так как частота вертикальной развертки по спецификациям SMPTE 170М должна быть 59.94005994 Гц. Частота 60 Гц, которая присутствует в местной электросети, достаточно условна и может колебаться от 59.95 Гц до 60.05 Гц, т.е. недостаточно точна, и ее не следует использовать для синхронизации в качественной цветной системе видеонаблюдения. Это, казалось бы, не очень важно, но частота вертикальной развертки имеет очень узкие пределы допустимых отклонений. В противном случае правильное соотношение всех составляющих композитного ТВ-сигнала будет нарушено. Следует понимать, что большинство сигналов, составляющих полный композитный ТВ-сигнал NTSC, имеют между собой строгое соотношение фаз, частот и амплитуд. Даже незначительное отклонение от этих соотношений может оказать значительное влияние на технические характеристики всей системы. Например, частота цветовой поднесущей должна быть 3.597545 МГц ±10 Гц. Если в цветной системе видеонаблюдения с синхронизацией от сети частота переменного тока возросла до 60.3 Гц (+0.6%), то частота цветовой поднесущей возрастет на 20 кГц (20000 Гц).
 
Гребенчатые фильтры очень эффективны для сохранения сигнала яркости, тогда как режекторные фильтры для этого непригодны и обычно используются в низкокачественном оборудовании (менее 250 ТВ-линий). Но давайте вернемся к телекамере с высоким разрешением (480 ТВ-линий), подключенной к цифровому видеорегистратору, который может записывать с разрешением 400 ТВ-линий. Техник установил телекамеры и, как обычно, синхронизировал их с сетью, чтобы избежать нежелательного эффекта вертикального перемещения кадров.
 
Он установил цифровой видеорегистратор и соединил с ним телекамеры коаксиальными кабелями. Все вроде бы замечательно, и поскольку записывается в цифровом виде, то все должно быть превосходно. Не тут-то было.
 
Этот техник не понимает, так же, как и очень многие в индустрии CCTV, что гребенчатый фильтр, если таковой имеется в цифровом видеорегистраторе или в видеомагнитофоне S-VHS, не может корректно работать с нестабильным композитным ТВ-сигналом, у которого неправильная частота и который не соответствует стандарту SMPTE170M.
 
Проще говоря, гребенчатый фильтр сделан таким образом, что он переключается на обычную режекторную фильтрацию, если композитный ТВ-сигнал нестабилен и соотношения фаз в нем нарушены. Гребенчатое разделение по линиям и полям нельзя использовать при сигналах PAL или NTSC, если они не идеально стабильны. На рис. 3 показано, что происходит с горизонтальным разрешением, когда цветная телекамера с синхронизацией от сети записывается на качественный цифровой видеорегистратор. Имеется заметное снижение горизонтального разрешения, начиная от 250 ТВ-линий. Это иллюстрирует, какое влияние режекторная фильтрация оказывает на сигнал яркости. И, наоборот, на рис. 4 показано увеличение разрешения, когда используется гребенчатая фильтрация с правильно синхронизированной телекамерой. Горизонтальное разрешение записанного на цифровой видеорегистратор изображения превышает 400 ТВ-линий.

Рисунок 3 - Цветная телекамера с синхронизацией от сети 60 Гц

Рисунок 4 - Цветная телекамера, синхронизированная с частотой 59.94 Гц

Интересно, что хотя такое же влияние оказывается и на системы PAL, это менее заметно, так как частота цветовой поднесущей находится существенно выше, чем в NTSC (4.43 МГц для PAL и 3.58 МГц для NTSC), поэтому режекторная фильтрация при тех же условиях не оказывает столь негативного воздействия на сигнал яркости и тем самым на разрешение.
 
Поэтому гребенчатая фильтрация не так нужна для качественного отделения сигнала яркости в системах PAL.
 
Тем читателям, которые хотят расширить свои знания в этой области, я бы порекомендовал почитать Джона Уоткинсона (John Watkinson). Он считается прекрасным специалистом в области телевидения, и у него немало отличных публикаций.
 
3начительная часть современного телевизионного оборудования на рынке (как цифрового, так и аналогового) до сих пор спроектирована согласно стандартам раннего телевидения. Поэтому следует понимать основные принципы телевидения, чтобы оценить качество системы видеонаблюдения. Мы говорим о системе в целом, а не ее компонентах, и этому есть свои причины. Можно оценить качество отдельных частей системы по техническим спецификациям. Но не следует оценивать всю систему видеонаблюдения только исходя из спецификаций оборудования.
 
Хотя в этой статье мы рассматривали только качественные цветные системы видеонаблюдения, необходимо отметить, что синхронизация от сети для черно-белых телекамер не оказывает такого негативного влияния на качество записанного видеоизображения. Индустрия охранного телевидения практически никак не регулируется, и поэтому многие стандарты игнорируются или их понимают совершенно неправильно. Опубликованы формальные стандарты для тестирования. Впрочем, нам как участникам этой индустрии необходимо понимать и придерживаться их при построении качественных систем видеонаблюдения. Только тогда технические спецификации системы обретут очевидный смысл, и их можно будет измерять и сравнивать.
 
Поскольку существует огромное количество различий в масштабе и сложности систем видеонаблюдения, то очень сложно установить какие-либо минимальные требования для каждого компонента или всей системы в целом, поэтому ошибки, допущенные при проектировании качественной системы, будут накапливаться и могут повлечь за собой серьезные проблемы.
 
При проектировании качественной системы видеонаблюдения необходимо неукоснительно следовать правилам.
 
Чтобы соблюдать эти правила, необходимо иметь хорошее тестовое оборудование. Более того, крайне важно уметь его правильно использовать и применять его в нужной ситуации. Один факт обладания хорошим тестовым оборудованием еще ничего сам по себе не означает, если вы не понимаете полностью, что делаете или чего вам необходимо достичь.
 
Часто приходится сталкиваться с изображением, полученным от различных систем видеонаблюдения, которое отличается низким качеством и передает только часть той информации, которая была бы в нашем распоряжении, если бы системы видеонаблюдения были спроектированы и установлены правильно. Я постоянно говорю своим коллегам и клиентам уже на протяжении многих лет, что все мы должны нести ответственность за качество изображения тех систем видеонаблюдения, которые мы продаем или покупаем. Ведь кто возьмет на себя ответственность за то, что опасный преступник уйдет от правосудия и снова совершит преступление только из-за того, что качество изображения было неоправданно низким.
Итак, мы должны помнить, что «Высококачественная видеозапись может значительно содействовать расследованию опасного преступления и помочь в задержании опасного преступника, что впоследствии спасет жизни других людей».
 
Об авторе: Эндрю Янг — менеджер по продажам оборудования в компании Intercon Security, Канада.
 
Впервые эта статья была опубликована в журнале Canadian Security Magazine под названием «Creating an Image».

Посмотреть другие статьи

Реализованные проекты:
БИЗНЕС-ЦЕНТРЫ
Бизнес-центры. Административные здания
Реализованные проекты:
ОБЪЕКТЫ СОЦИАЛЬНОЙ СФЕРЫ
Объекты социальной сферы
Реализованные проекты:
АЭРОПОРТЫ
Аэропорты.
Предприятия транспорта
Реализованные проекты:
ФИНАНСОВЫЕ ЦЕНТРЫ
Финансовые центры
Реализованные проекты:
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ОБЪЕКТЫ
Производственные объекты



На главную страницу | Карта сайта | Версия для печати | Наверх